[發明專利]一種噴孔結構參數自動測量方法

有效

• 申請號: 201410100412.2
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103868479B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 吳志軍;李治龍;朱敏婧;朱正東;黃魏迪
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00;G06F19/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于內燃機技術領域，涉及噴油器，尤其是測量噴油器的噴孔結構參數的方法。

背景技術

目前噴油器噴嘴內部結構和尺寸的測量方法多種多樣，但很難精確地對噴油器噴嘴內部結構和尺寸進行直接測量，能夠直接測量噴油器內部尺寸的方法主要有光學診斷測量、探針測量、剖面測量和硅樹脂噴孔鑄模測量等。

光學診斷測量通過對噴孔直接成像獲得噴油器噴孔的尺寸參數，但噴油器內部結構中能夠直接拍攝的部分十分有限。探針測量方法利用微米級的探針對噴孔內部的表面進行探測，能夠獲得噴孔的直徑、長度以及表面粗糙度等信息，該方法所需設備比較復雜，測量要求較高。剖面測量需將噴孔剖開，直接對內部尺寸結構進行測量，這是一種破壞性的測量手段，剖面的位置及厚度對測量結果影響很大。硅樹脂噴孔鑄模測量方法通過將一種特殊的硅樹脂導入噴油器內部，使其填滿噴油器前端的壓力室和噴孔，經過一段時間待樹脂凝固后將成型的樹脂模型拔出來，利用電子顯微鏡拍得模型圖片，導入CAD軟件中進行參數的測量。為了獲得完整且不失真的樹脂模型，該方法對噴孔的清潔度要求非常高。

李治龍，高原等人在“基于同步輻射高能Ｘ射線的噴油器噴嘴內部幾何結構及尺寸的測量”（吉林大學學報工學版，2011.01）的研究中介紹了一種利用高能高通量同步輻射Ｘ射線，對噴油器進行Ｘ線層析掃描，獲得了高精度的噴油器內部三維結構模型，并基于該模型實現了柴油機噴油器的噴孔孔徑、噴孔間夾角、噴孔錐角以及噴孔上下倒角半徑的測量方法，該方法較上述幾種方法有很多優點，但此方法需要將圖片導入CAD進行測量，過程難免有些繁瑣，測量過程存在一定的隨機性，在此過程中可能產生人為誤差，測量精確度和方便程度有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現噴孔結構參數自動測量的方法，彌補現有技術中存在的不足，去除了人為因素的影響，在給定噴嘴的數字模型的情況下，只需指定初始截取平面，其結構參數能夠根據算法直接輸出結果，提高了測量結果的準確性和操作的便捷性。

為達到以上目的，本發明采用以下解決方案：

本發明的方法包括以下步驟：

（1）基于噴孔三維數字結構，在三維數字空間中任取一與噴孔相交的平面截取噴孔，找到使截面為圓形（或最接近圓形）的平面；

（2）獲得噴孔的軸線，經過步驟（1）中圓形平面的圓心且垂直于圓面的直線即為該孔的中軸線；

（3）利用垂直噴孔軸線的平面逐像素對噴孔進行截取，找到噴孔最外側和最內側的截面，即為噴孔出口和入口截面，從而可以獲得噴孔的各參數；

（4）利用經過噴孔軸線的平面對噴孔進行截取，從所截圖像中即可計算出噴孔與噴嘴內部壓力室連接處的入口圓角半徑。

步驟（1）所截平面若為橢圓形，則通過數字圖像處理計算其圓心和長短軸，繞短軸沿一個方向對該平面進行旋轉，并對其與噴孔相交的截面進行圓形識別，檢測其圓度，直到找到使截面為圓形（或最接近圓形）的平面；如截面為圓形，則無需進行此步操作。

將步驟（1）中截面繞短軸沿一個方向對該平面進行旋轉，如果圓度變小則反方向旋轉。

步驟（2）為避免隨機誤差，可隨機選取若干平面截取噴孔，利用以下方法獲得圓截面：所截平面若為橢圓形，則通過數字圖像處理計算其圓心和長短軸，繞短軸沿一個方向對該平面進行旋轉，并對其與噴孔相交的截面進行圓形識別，檢測其圓度，直到找到使截面為圓形或最接近圓形的平面；之后，連接這些圓截面的圓心擬合出噴孔的軸線。

步驟（3）由于在噴孔外側（液體流出一側）噴孔不存在，截面面積會突然變為0；而在噴孔內側，噴孔與噴嘴內部壓力室連接，其截面積會突然增大。因此在平移平面尋找噴孔出口截面和入口截面的過程中，當截面面積發生突變時即表明所截取的截面已經不屬于噴孔，應停止平移。

步驟（3）中噴孔各參數包括噴孔入口直徑、出口直徑、噴孔長度。獲得噴孔的入口和出口圓形截面后，噴孔入口直徑即為入口圓形截面的直徑，噴孔出口直徑即為出口圓形截面的直徑，噴孔長度為兩截面之間的距離。

步驟（4）中平面可沿噴孔軸線進行任意角度的旋轉，因此可以獲得噴孔任意位置的入口圓角半徑。

對多孔噴嘴而言，在步驟（2）獲得各噴孔的軸線之后，還可以計算噴孔之間的夾角以及張角等各類參數；此外，還可以計算噴孔軸線與噴嘴軸線之間的距離（單孔噴嘴可以據此反映噴孔與噴嘴軸線是否重合，多孔噴嘴可反映各個噴孔的對中情況）。